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技術(shù)專(zhuān)題
PCB與多芯片模塊，小芯片和硅互連結構
2019年，關(guān)于多芯片模塊，小芯片和硅互連結構的討論重新興起。硅互連結構是一種將多芯片模塊上的小芯片連接起來(lái)的方法，它將消除許多應用（尤其是主板）中的PCB和笨重的SoC。這其中的任何一項都會(huì )實(shí)現嗎？顯然，我們不知道未來(lái)，但是設計師應該意識到電子行業(yè)的變化。多芯片模塊的歷史可以追溯到1970年代IBM的Bubble存儲器。一旦您突破流行語(yǔ)并分析了將多芯片模塊納入主流所涉及的挑戰，就很容易了解PCB與集成電路之間的未來(lái)關(guān)系。
多芯片模塊，小芯片和硅互連結構
如果您不熟悉這三個(gè)術(shù)語(yǔ)，那么這些技術(shù)是異構集成的相互關(guān)聯(lián)的部分。在這種類(lèi)型的集成中，具有單獨優(yōu)化結構的不同設備被集成到單個(gè)晶片中。
多芯片模塊：將其視為一個(gè)完整的PCB，但由硅或另一種半導體制成，一切都內置在單個(gè)晶片中。
小芯片：這實(shí)際上是硅或其他材料上的集成電路塊。該模塊使用光刻工藝直接構建在多芯片模塊上。
硅互連結構：將小芯片連接到多芯片模塊的基礎互連體系結構?？梢詫⑵湟暈?/span>PCB上走線(xiàn)的硅模擬物。注意，相同的互連架構可以適用于其他半導體材料。
多芯片模塊中的異構集成挑戰
多芯片模塊是電子界的夢(mèng)想技術(shù)。好處圍繞消除塑料包裝，以及減少或消除外部互連。借助這項技術(shù)，我們的目標是將整個(gè)系統構建在單個(gè)晶片上，從而消除多個(gè)SoC和傳統的SiP結構。如果您要為智能手機構建SoC，則可以有效地將具有不同功能的多個(gè)IC集成到單個(gè)多芯片模塊中。這是同類(lèi)集成的本質(zhì)。
這種方法的挑戰在于異構集成并不是真正的異構。它僅在功能方面是異構的，而在材料和過(guò)程方面則不是。只要使用相同的材料和工藝開(kāi)發(fā)具有不同功能的不同IC，就可以對其進(jìn)行異構集成。您當然可以將諸如功率調節，RF收發(fā)器功能，內核，存儲器和其他典型IC之類(lèi)的功能集成到單個(gè)晶片上，但是在優(yōu)化不同功能方面需要做出犧牲。
微波/毫米波應用的射頻放大器正在采用砷化鎵，氮化鎵和碳化硅材料，而存儲和處理功能仍主要限于硅。然而，GaN是一種獲得發(fā)展的材料（例如，GaN微控制器的發(fā)布），并且可以提供將功率電路，GHz RF電路，存儲器和處理功率異質(zhì)集成到單個(gè)晶片中的機會(huì )。
鑒于將具有不同功能和材料的不同小芯片集成到單個(gè)多芯片模塊中涉及的技術(shù)挑戰，PCB仍將存在。當前可靠地集成具有不同功能的多個(gè)小芯片的問(wèn)題令人望而卻步，盡管將來(lái)可能會(huì )改變。這意味著(zhù)需要不同材料的不同功能將需要分離為不同的多芯片模塊。然后，需要像使用標準組裝工藝的任何其他IC組一樣，將這些獨立的多芯片模塊集成到PCB中。
在將每個(gè)功能集成到單個(gè)晶圓中之前，PCB設計人員將仍然有工作來(lái)設計高級電子系統。在該研究人員看來(lái)，在看到多芯片模塊中設想的異構集成之前，我們將看到電子光子集成電路（EPIC）大量商業(yè)化。我們甚至可能看到將光子小芯片集成到多芯片模塊中，并與硅互連結構的光子類(lèi)似物相連。
即使我們確實(shí)看到具有顯著(zhù)異構集成的多芯片模塊，也并不意味著(zhù)我們將完全淘汰PC。對于EPIC，仍將需要PCB來(lái)提供組件之間的光學(xué)互連。對于光子多芯片模塊，由于IV，III-V和II-VI組半導體之間的不兼容，集成可能仍然存在問(wèn)題。每年為消費市場(chǎng)生產(chǎn)的電子產(chǎn)品的財富是高度多樣化的，并不是所有這些產(chǎn)品都需要像多芯片模塊一樣先進(jìn)的產(chǎn)品。